Экспериментальные исследования

Обладая столь продвинутым оборудованием, Бриджмен усиленно стал заниматься исследованием свойств вещества под давлением, ранее не доступным другим исследователям. До 1915 года он публикует работы о термодинамических свойствах большого ряда жидкостей в диапазоне давлений до 12 кбар и температурах от 20 до 80 С. В них представлены данные о сжимаемости, фазовых переходах и кривых плавления. К тому же им были обнаружены две аллотропные формы льда, и были определены их тройные точки и области стабильности. Результаты его исследований показали неожиданно сложное поведение свойств жидкостей, которое нельзя было бы предугадать из данных при низких давлениях. В частности, было обнаружено, что в некоторых веществах сжимаемость уменьшается с ростом температуры и растет с ростом давления. Также аномальное поведение наблюдалось и у термального расширения и внутренней энергии. Бриджмен предпринял попытку интерпретировать полученные данные в рамках простой теории жидкостей и предположил, что поведение молекул жидкостей описывается двумя модами: в первой молекулы ведут себя как движущиеся центры масс с кинетической энергией, а во второй молекула предстает в виде упругого шара. К тому же, Бриджмен придавал особое значение форме молекул, поскольку при больших давлениях они связываются сильнее и вынуждены переориентироваться.

Затем Бриджмен сконцентрировал свое внимание на сжимаемости твердых веществ и полиморфных превращениях. Он исследовал огромное количество простых веществ и подтвердил предположение Ричарда о том, что сжимаемость напрямую зависит от атомной массы вещества. Бриджменом было обнаружено две обратимые аномалии объема в цезии при 23 и 45 кбар. Переход при 23 кбар был связан со сменой решетки, а переход при более высоком давлении, который имеет изменение объема в 9 раз превышающее изменение в первом случае, он объяснил электронным переходом из 6s- в 5d- состояние. Исследования висмута выявили по крайней мере 5 скачкообразных переходов до 100 кбар. С 1912 по 1915 годы его работы были посвящены кривым плавления твердых веществ. Он не обнаружил ни максимума кривых плавления, которые росли с повышением давления (для всех веществ, кроме висмута, галлия и воды), ни критической точки жидкость-твердое тело. Из этого он сделал вывод, что кривая плавления постоянно растет с повышением давления, хоть и с убывающей скоростью. Помимо всего прочего обнаружил большое количество полиморфных превращений (в т. ч. необратимый переход желтого фосфора в черный).

Следующим этапом его работы стало исследование сопротивления металлов под давлением, которое выявило широкий спектр поведения сопротивления. Металлы с высокой температурой плавления демонстрировали падение сопротивления с ростом давления, а металлы с низкой температурой плавления, наоборот, рост сопротивления с давлением. Однако в этом ряду были единичные исключения, не получившие объяснения. Установил две реперные точки для калибровки манганиновых манометров высокого давления и разработал метод их обнаружения(1953). Впервые наблюдал переход металл-диэлектрик под давлением в теллуре и черном фосфоре.

С 1925 по 1927 год занимался исследованием вязкости воды, ртути и еще 50 органических жидкостей. При давлениях до 12 кбар. Его исследования выявили похожесть поведения вязкости всех жидкостей, кроме воды: вязкость росла с давлением с возрастающей скоростью. Самые большие изменения вязкости наблюдались у веществ с самыми сложными молекулами, что связывалось с эффектом закупоривания одних молекул другими и, как следствие, увеличением трения между слоями.